Пучки продольно-поляризованных электронов в накопителях для ядерно-физических экспериментов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ РГ£ ф п им. Г.И. Будкера СО РАН

1 7 тп 2000

На правах рукописи

КООП Иван Александрович

ПУЧКИ ПРОДОЛЬНО-ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В НАКОПИТЕЛЯХ ДЛЯ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

1.04.20 - физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

НОВОСИБИРСК - 2000

Работа выполнена в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Лебедев

Андрей Николаевич Ачасов

Николай Николаевич Тихонов

Юрий Анатольевич

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

— доктор физ.-мат. наук, профессор, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, г. Москва.

— доктор физ.-мат. наук,

Институт математики им. С.Л. Соболева СО РАН, г. Новосибирск

— доктор физ.-мат. наук,

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкер СО РАН, г. Новосибирск.

— Объединенный институт ядерных исследований, г. Дубна.

Зашита диссертации состоится " " 2000 г. I

" у С? " часов на заседании диссертационного совета Д.002.24.02 Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН.

Адрес: 630090, г. Новосибирск-90,

проспект академика Лаврентьева, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН.

« ^сЛЯ

Автореферат разослан

2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физ.-мат. наук,

А.А. Иванов

о3

\

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В 1993 году было подписано соглашение о научном сотрудничестве ме-яу Институтом Ядерной Физики СО РАН им.Будкера (г.Новосибирск) Национальным Институтом Ядерной Физики и Физики Высоких Энер-й - ШКНЕГ (Нидерланды), ставящее целью создание на базе Ам-ердамского ускорительно-накопительного комплекса АтРБ установки продольно поляризованным электронным пучком для последующего «ведения на ней экспериментов по изучению электромагнитной струк-ры ядер в самой оптимальной постановке, когда и мишень и рассеива-цийся на ней электронный пучок - оба поляризованы.

Надо сказать, к этому моменту времени создались объективные пред-сылки позволявшие надеяться на успешное решение этой непростой цачи. С одной стороны, в ИЯФ СО РАН был уже накоплен доста-чно богатый опыт по получению, управлению и использованию в экс-риментах по физике высоких энергий поляризованных электронов и зитронов, созданию таких сложных сверхпроводящих устройств, как гглеры и спиральные ондуляторы. Кроме того, в 80-ые годы в ИЯФ тивно разрабатывались проекты продольно поляризованных пучков на копителях ВЭПП-4 и ВЭПП-ЗМ, но они остались к сожалению не ре-изованными на практике. С другой стороны, во многих научных ценах к этому времени был достигнут значительный прогресс в техно-гии создания высокоэффективных полупроводниковых фотокатодов, эбходимых для генерации интенсивных поляризованных электронных чков. Здесь хотелось бы упомянуть впечатляющие результаты Ин-1тута физики полупроводников СО РАН (г.Новосибирск) по эпитакси-ьному выращиванию напряженных ЬЮаАвР фотокатодов, обещавших :тижение уровня поляризации до 80% и квантовым выходом до 1%. .еланная нами на данный тип фотокатодов ставка в дальнейшем себя

полностью оправдала. В итоге к середине лета 1995 года в ИЯФ был созданы, испытаны а затем и установлены на комплекс AmPS неточна поляризованных электронов PES (Polarized Electron Source) и сверхпр< водящий спиновый ротатор, известный более под термином "Сибирскг змейка". Змейка организует сложную замкнутую спиновую траекторш обеспечивая получение устойчивого продольного направления поляриз. ции на противоположном себе участке азимута накопителя, в данно конкретном случае - в месте расположения внутренней мишени, тол кстати поляризованной.

Уже в декабре 1995 года было получено накопление электронов в н, копительном кольце AmPS с включенной Сибирской змейкой, а в 195 году начались первые реальные эксперименты с поляризованным пу ком. Первые же результаты измерений степени продольной поляризацв в кольце, выполненные созданным в NIKHEF Комптоновским полярим тром, доказали отсутствие значительных потерь поляризации в процес< ускорения пучка в линейном ускорителе. Типичные значения поляриз; ции составляли в различных сериях измерений от 60% до 80%.

В течении последующих двух лет активной эксплуатации комплек< AmPS было проведено несколько серий физических экспериментов с и пользованием продольно поляризованного пучка. Исследовались cxpyi тура таких интересных для ядерной физики объектов как поляризова] ные ядра дейтерия и гелия-3. Из полученных данных извлекалась, частности, информация о форм-факторе нейтрона.

Параллельно исследовались различные факторы мешающие ведени экспериментов с поляризованными электронами. Было выяснено, в час ности, что при накоплении циркулирующего тока выше 150 мА степе* поляризации электронов резко падала. Объяснялось это возбуждение богатого спектра когерентных колебаний пучка вследствие возникнов ния электрон-ионной неустойчивости, возникавшей пороговым образе при токах порядка 150 — 200 мА вследствие накопления в электронно пучке ионов остаточного газа. В спектре этих ограниченных по амшг туде поперечных колебаний наблюдались потенциально опасные лига вблизи полуцелой частоты, как раз соответствующей частоте прецес« спинов в кольце со змейкой. По видимому пучок успевал частично деп ляризоваться из-за наличия такого резонансного возмущения.

В Амстердаме удалось впервые наблюдать факт возникновения р диационной самополяризации пучка в кольце с Сибирской змейкой. Э" явление интересно тем, что в данном случае работает не широко извес ный механизм Соксшова-Тернова а кинетический механизм, обязаннь спин-орбитальной связи.

Измеренная поляриметром скорость деполяризации пучка в пределах втистической ошибки находится в согласии с ожиданиями теории.

В 1997 году был проведен вполне успешный эксперимент по полудико продольной поляризации в режиме частичной Сибирской змейки 1 "магической" энергии 440 МэВ. Время деполяризации пучка 4500 сек 1кже оказалось в грубом согласии с теоретическими предсказаниями.

В последние годы активно обсуждается необходимость создания гектрон-протонных, электрон-ионных и даже электрон-фрагментных кол-шдеров на средние и большие энергии. Во всех проектах предусмати-ьется продольная поляризация и электронного и адронного пучков и 'О вполне естественно - только измеряя спиновые корреляции сечений ассеяния электронов на ядрах можно извлечь полную информацию об гектромагнитной структуре изучаемого объекта. Опыт создания про-мьно поляризованного электронного пучка, приобретенный всеми при зализации совместного проекта ШКНЕГ и ИЯФ СО РАН, несомненно сажется востребованным в недалеком будущем.

Цель работы состояла в следующем

• Решение основных физических проблем стоящих при создании комплекса с продольно поляризованным электронным пучком.

• В частности, создание интенсивного источника поляризованных электронов, обеспечивающего высокий уровень поляризации электронов и обладающего высокими эксплуатационными качествами.

• Разработка и создание сверхпроводящего спинового ротатора - так называемой Сибирской змейки, обеспечивающей получение устойчивого продольного направления поляризации в экспериментальном промежутке накопительного кольца.

• Проведение ускорительных исследований по изучению влияния различных факторов на поведение поляризации в источнике и в кольце, а также измерениям скорости деполяризации пучка под действием квантовых флуктуаций синхротронного излучения.

• Обобщение накопленного опыта и анализ возможных путей применения Сибирских змеек к строящимся ускорительно-накопительным комплексам.

• Разработка методики ведения ядерно-физических экспериментов в режиме вынужденной когерентной прецессии спинового ансамбля под действием радиочастотного флиппера.

Научная новизна работы

Продольно поляризованные электроны в накопительном кольце с Сибирской змейкой получены впервые в мире. До этого метод создания устойчивой продольной поляризации в накопителе с помощью Сибирской змейки был опробован только на экспериментальном протонном кольце в Университете штата Индиана (США). Но в протонных ускорителях нет такого мощного деполяризующего фактора каким является синхротронное излучение, поэтому получение продольно поляризованного электронного пучка в накопителе AmPS несомненно является новым достижением.

Впервые проведены эксперименты по рассеянию поляризованного электронного пучка на поляризованных внутренних мишенях. Полученные данные существенно углубили наши знания о структуре легких ядер.

Создан интенсивный источник поляризованных электронов, обладающий одними из лучших характеристик в мире. В частности, время жизни фотокатода доведено до уровня 3 недель. Степень поляризации электронов составляет около 80%, а квантовый выход до 1%. Ток пучка при длительности импульса 2.1 мксек достигает 50 мА, а в пике 150 мА.

Создана Сибирская змейка - спиновый ротатор, обеспечивающий получение и длительное сохранение продольной поляризации в экспериментальном промежутке накопителя.

Экспериментально исследовано поведение поляризации в накопительном кольце в режимах полной и частичной Сибирских змеек.

Впервые наблюден процесс самополяризации циркулирующего электронного пучка, обусловленный механизмом спин-орбитальной связи.

Предложена и теоретически обоснована схема проведения экспериментов с поляризованным пучком с использованием радиочастотного флиппера, позволяющего длительное время удерживать когерентное пре-цессирующее спиновое состояние при произвольной энергии накопителя.

Научная и практическая ценность работы

Проведен цикл физических экспериментов с использованием продольно поляризованных электронных пучков.

Изготовлен уникальный источник поляризованных электронов, обладающий одними из лучших характеристик в мире. Полученный опыт длительной эксплуатации этого источника в условиях реального физического эксперимента несомненно найдет применение при создании следующих источников поляризованных электронов.

Создана Сибирская змейка - спиновый ротатор, обеспечивающий по-

лучение и длительное сохранение продольной поляризации в экспериментальном промежутке накопителя. Для этого была развита оригинальная технология производства сверхпроводящих соленоидов с полем до 7 Т, которая несомненно найдет применение и в других установках.

Экспериментально исследовано поведение поляризации в накопительном кольце в режимах полной и частичной Сибирских змеек.

Впервые наблюден процесс самополяризации циркулирующего электронного пучка, обусловленный механизмом спин-орбитальной связи. Изучение этого интересного физического явления очень важно для дальнейшего развития теории радиационной поляризации электронных и по-зитронных пучков.

Метод постановки поляризационных экспериментов с использованием радиочастотного флиппера может найти применение в коллайдерах с дейтронными пучками.

Апробация работы

Успешное функционирование комплекса с продольно-поляризованным электронным пучком в течении нескольких лет и большой объем физической информации о структуре легких ядер и нуклонов полученный в различных экспериментах, проведенных на этом комплексе в течении этого времени, доказывает правильность и эффективность подходов, обеспечивших создание данного комплекса.

Работы, положенные в основу диссертации, неоднократно докладывались и обсуждались на научных семинарах в ведущих отечественных и зарубежных центрах, таких как ИЯФ СО РАН (г.Новосибирск), Объединенный институт ядерных исследований (г.Дубна), Национальный институт ядерной Физики и Физики высоких энергий (ШКНЕГ) (г.Амстердам, Нидерланды), и др.

Результаты работы докладывались на многих Международных конференциях, в том числе на Международной конференции по ускорителям частиц высокой энергии 1998 года и 12-ом и 13-ом Международных симпозиумах по спиновым явлениям в физике высоких энергий, состоявшихся в 1996 и 1998 годах.

Значительная часть работы опубликована в рецензируемых научных журналах.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и трех приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована направленность и актуальность зада1 данной работы, описана структура и содержание диссертации.

В первой главе диссертации кратко описывается история развитш ускорительного комплекса NIKHEF, приводятся его основные параметрь и объясняется суть предпринятых модификаций, позволивших в итог» преобразовать растяжитель AmPS (Amsterdam Pulse Stretcher) в нако ггатель продольно поляризованных электронов.

В таблицах 1 и 2 приведены наиболее важные параметры линейногс ускорителя МЕА и накопительного кольца AmPS.

При работе кольца в накопительной моде частота циклов инжекцго снижалась до 1 -Ь10 Гц (в зависимости от энергии время радиационное затухания в AmPS менялось от 0.1 сек до 1 сек). Накопление тока порядка 250 мА обычно занимало от 100 до 200 циклов инжекции, после чегс включалась внутренняя мишень и производилась регистрация событий рассеяния электронов на ядрах. Время жизни накопленного пучка практически целиком определялось давлением остаточного газа в районе расположения внутренней мишени. В эксперименте с поляризованным 3Не. например, плотность мишени достигала 0.7 х 1015 атомов/см2, а время жизни пучка при этих условиях было около 200 сек.

При выработке стратегии решения задачи создания комплекса с продольно поляризованным электронным пучком для ядерно-физических экспериментов учитывалось, что поскольку в экспериментах с внутренней мишенью время жизни электронного пучка измеряется сотнями секунд, то использование процесса радиационной самополяризации накопленного неполяризованного пучка электронов абсолютно невозможно. К тому же, в обычном циклическом ускорителе, каким в общем-то и является AmPS, устойчивым направлением поляризации является вертикальное, а для планировавшихся экспериментов практический интерес представляла в основном только продольная поляризация. Поэтому выбор был сразу сделан в пользу применения источника поляризованных электронов в комбинации с использованием различных вариантов Сибирских змеек в самом кольце AmPS. Здесь имеется в виду применение как полной так и частичной Сибирских змеек. Нами анализировались обе эти возможности.

Применение значительно более легкой в исполнении частичной Сибирской змейки, представляющей собой, например, теплый соленоид с полем около 3 кГс, существенно ограничивает область пригодных для

Таблица 1: Основные параметры линейного ускорителя МЕА

Максимальная энергия 770 МэВ

Нагрузка пучком 2.6 МэВ/мА

Пиковый ток (@ 600 МэВ) 30 мА

Длительность импульса 2.1 мксек

Частота повторения 1-200 Гц

Таблица 2: Параметры накопительного кольца AmPS

Максимальная энергия 900 МэВ

Периметр кольца 211.618 м

Частота обращения 1.42 МГц

Период обращения 0.71 мксек

Радиус поворота в магнитах 3.3 м

Частоты бетатронных колебаний, 1/х, 8.3/7.2

Коэффициент уплотнения орбиты, а 0.027

/3-функции в точке инжекции, /?х, /32 25/16 м

Эмиттанс , ех 2•10~7 м-рад

Максимальный ток (@ 650 МэВ) 250 мА

Частота ВЧ 476/2856 МГц

Потери энергии за оборот (@ 900 МэВ) 17.6 кэВ

Время жизни пучка 200-2000 сек

сперимента с продольно-поляризованными электронами энергий диа-зонами ±20 МэВ вблизи двух целых спиновых резонансов, т.е. около О МэВ и 880 МэВ.

После длительных обсуждений было все-таки решено создать полную [бирскую змейку на основе сверхпроводящих соленоидов с полем около ¡5 Т.

В существовавшей к тому времени структуре кольца для змейки не то предусмотрено специального удобного места, в итоге после анализа зх привходящих обстоятельств было решено разместить змейку в са->м длинном дрейфовом промежутке длиной 4.7 м, расположенном на астке между впускным септум-магнитом и основным киккером (ин-гектором). При этом инжектируемый пучок, имеющий большие попе-чные отклонения от замкнутой орбиты, проходил через оптическую гтему змейку, что накладывало определенные ограничения на свободу

выбора ее параметров. Однако, только в этом варианте змейку мож было технически реализовать и, в итоге, был выбран именно этот пут

Вторая глава посвящена источнику поляризованных электронов Р Значительное место в ее начале уделено описанию принципов, лежащ в основе экстракции поляризованных электронов из полупроводников) фотокатодов. Далее следует подробное описание всех систем, обесг чивающих получение требуемых параметров поляризованного пучка : выходе из источника.

В общей структуре PES можно выделить девять самостоятельш блоков (рис.1): загрузочную и препарационную камеры, фотопушку, л зер с оптической системой управления параметрами светового пуч! спиновый ротатор или, так называемый, Z-манипулятор, Моттовский и ляриметр, доускоритель и альфа-магнит.

Рис. 1: Общий вид источника поляризованных электронов: 1 - загр зочная камера, 2 - препарационная камера, 3 - фотопушка, 4 - опт ческая скамья, 5 - титан-сапфировый лазер, 6 - спиновый ротатор ( манипулятор), 7 - Мотт-псшяриметр, 8 - доускоритель, 9 - альфа-магт 10 - термионная пушка, 11 - линейный ускоритель МЕА.

Существенной особенностью конструкции фотопушки PES являет применение охранного вакуумного объема окружающего двойн< изолятор ускорительной трубки (рис.2). После прогрева всей систем до 300° С давление во внутреннем объеме выходило на уровень

с. 2: Фотопушка: 1 - канал вывода пучка с Е=100 кэВ, 2,3 - окна я присоединения вакуумных насосов, 4 - внутренняя (ускорительная) пера ультравысокого вакуума, 5 - анод, 6 - изолятор пушки, 7 - фото-год, 8 - высоковольтный кабель, 9 - полиэтиленовый изолятор кабель-го ввода, 10 - охранный вакуумный объем, 11 - охранный изолятор, - окно для присоединения препарационной камеры.

Ю-12 мбар, а в охранном объеме несколько единиц на Ю-7 мбар. При-нение охранного вакуума позволяет значительно снизить требования 1аличию микротечей в теле ускорительной трубки, которые особенно :то возникают именно в процессе прогрева.

Другой особенностью конструкции фотопушки является применение зйного изолятора, что позволяет иметь препарационную камеру под гевым потенциалом, постоянно соединенную с катодным узлом. Дан; обстоятельство существенно облегчает операцию смены фотокатода, горая производится с помощью магнитного манипулятора за время эядка 15 мин.

Первоначально в проекте предполагалось использовать источник п стоянного напряжения соединенный с пушкой кабелем. Однако, уже процессе пробной эксплуатации источника, было обнаружено, что вакуз существенно портится при напряжениях свыше 70 кВ. Так, при напр жении на пушке 100 кВ, вакуум ухудшался с 3 • Ю-12 мбар до 2 • Ю-мбар. Соответственно время жизни фотокатодов было ограничено 4 -часами. Попытки устранить микропробои тренировкой при повыше ном напряжении на пушке (до 130 кВ) давали лишь временный эффе* Поэтому было принято решение о переходе на импульсный режим под чи высокого напряжения на ускоряющий промежуток пушки, тем бол что требуемая длительность пучковых импульсов 2.1 мксек с частот! повторения 1 Гц позволяли это сделать.

В ИЯФ был создан специальный генератор импульсов высокого н пряжения, обеспечивающий формирование импульса, осциллограмма к торого приведена на рис.3.

Тёк Кипптд: гЗОкЭ/: Ж Яе5

Рис. 3: Осциллограмма импульса напряжения -100 кВ. Временная шк ла: 200 мксек/дел.

Использование импульсного источника высокого напряжения сниз ло длительность интервала времени в течении которого напряжение 1 пушке было выше 70 кВ до уровня 200 мксек, т.е. примерно в 5000 раз I сравнению с непрерывным режимом. В результате никакого ухудшен! вакуумных условий больше не наблюдалось, а время жизни фотокатод! возросло до двух недель.

Для работы с различными фотокатодами, у которых ширина энергетической щели может отличаться от образца к образцу, необходим перестраиваемый лазер. Максимум поляризации у большинства фотокатодов ожидался на длине волны 750 нм.

Для обеспечения величины фототока 50 мА, в том числе и при падении квантового выхода до 0.01%, импульсная мощность лазера должна достигать по крайней мере 200 Вт. Кроме того, оптическая система должна уметь формировать прямоугольные световые импульсы длительностью 2.1 мксек и с частотой повторения 1 Гц.

Рис. 4: Общий вид системы управления параметрами светового пучка. 1 - перестраиваемый титан-сапфировый лазер, 2 - призмы, 3 - заднее зеркало лазера, 4 — импульсные лампы накачки, 5 - титан-сапфировый стержень, 6 - выходное зеркало, 7 - электро-оптический поляроид, 8 -выходной поляроид, 9 - ирисовая диафрагма, 10 - аттенюатор, 11 - све-тоделительное зеркало, 12 - набор фильтров, 13 - быстрый фотодиод, 14 - набор фильтров, 15 - четверть-волновая пластинка, 16 - линза управления изображением, 17 - анализирующий поляроид, 18 - калибровочный фотодиод.

В источнике поляризованных электронов NIKHEF установлен импульсный перестраиваемый титан-сапфировый лазер производства фирмы ELIGHT Laser Systems GmbH (Германия), излучающий импульсы линейно поляризованного света с регулируемой длительностью и пиковой мощностью до 400 Вт. Схема управления параметрами светового пучка показана на рис. 4.

Активным элементом лазера является легированный титаном сапфировый стержень (5) диаметром 5 мм. Стержень освещается четырьмя им-

пульсными лампами (4) питаемыми от высоковольтного источника энергии. Система питания лазера способна работать с частотой повторения импульсов 10 Гц и длительностью импульсов накачки до 50 мксек.

Управление длительностью светового пучка осуществляется с помощью электрооптического поляризатора (5) и поляризационного фильтра (8), вырезающих импульс длиной несколько микросекунд из 25—30 мксек лазерного импульса.

Четвертьволновая пластинка позволяет управлять состоянием поляризации света. Вращая шаговым двигателем четвертьволновую пластинку вокруг оси в пределах 90° можно менять состояние поляризации света от левой круговой, через линейную и до правой круговой.

Линза (15) с фокусным расстоянием 600 мм и ирисовая диафрагма (9) предназначены для создания регулируемого по размеру светового пятна на фотокатоде. Одновременно перемещением линзы корректировалось положение центра освещенной зоны фотокатода.

Заканчивается глава параграфами, посвященными управлению ориентацией спинов с помощью так называемого ^манипулятора, доускоре-нию пучка до 400 кэВ и способу измерения и контроля степени поляризации по Моттовскому рассеянию.

В третьей главе диссертации,имеющей характер введения в проблемы спиновой динамики, представлен краткий обзор теории движения спина в ускорителях и накопителях, которая развивалась весьма длительное время, начиная свой путь от уравнения движения спина релятивистской частицы, полученного еще в работах Томаса и Баргмана -Мишеля - Телегди.

Следующей вехой в развитии теории стало теоретическое открытие Соколовым и Терновым эффекта радиационной самополяризации электронов и позитронов при их движении в однородном магнитном поле. Этот эффект был впервые наблюден в 1976 году на электрон-позитронном накопительном кольце ВЭПП-2М. С развитием метода резонансной деполяризации, получаемые в результате самополяризации вертикально поляризованные пучки приобрели большое значение для прецизионного измерения энергии накопителей. В настоящее время самополяризованные пучки используются для калибровочных целей практически во всех электрон-позитронных накопителях, включая ЬЕР, в том числе и на накопителях ИЯФ - ВЭПП-2М и ВЭПП-4.

Построение теории самополяризации в неоднородных полях было начато в работах Байера, Каткова, Страховенко и приобрело законченный вид в статьях Дербенева, Кондратенко, Скринского . Изложение теории

1 диссертации следует этим основополагающим работам. Вводится поня-гие п - периодического спинового решения на замкнутой орбите. Далее объясняется принцип действия Сибирской змейки и на ее примере демонстрируется метод вычисления равновесной спиновой траектории. В ледующем параграфе приводятся формулы для спинового возмущения 1 линейном приближении. Затем приводится алгоритм расчета п для ча-ггицы отклоненной от равновесной орбиты и вводится понятие вектора :пин-орбитальной связи (1, играющего весьма важную роль в рассматри->аемой далее кинетике радиационной поляризации. С использованием данного алгоритма вычисляются синхротронный и бетатронный вклады ! функцию спин-орбитальной связи <1 для двух возможных полярностей жлючения соленоидов и центральной квадрупольной линзы змейки. 06-уждаются преимущества и недостатки каждого варианта, делается вы-юр в пользу применения варианта с невозмущенным вертикальным бе-атронным движением, поскольку в этом варианте не требуется перепо-посовки электростатического киккера при переходе из режима работы в »астяжительной моде в режим накопления поляризованных электронов.

В последнем параграфе главы вычисляются равновесная степень и корость деполяризации пучка в накопительном кольце АтРБ с Сибиркой змейкой. Используются известные выражения для коэффициентов и а+, полученные Дербеневым и Кондратенко:

а- = -^75<^*,г|3Ь(п-с1)) (1)

5\/5 Аеге 5 / з

= -J--W1 №

де безразмерная кривизна орбиты Kx,z = Кх или Kz, в зависимости от ипа дипольного магнита, R - средний радиус ускорителя, b - единич-:ый вектор по направлению магнитного поля, d = 7ЗП/З7 - функция пин-орбитальной связи. Усреднение в формулах (1) делается по азиму-у ускорителя и по распределению пучка в фазовом пространстве.

Смысл коэффициентов а_ и а+ следует из уравнения, описывающего инетику поляризации пучка:

Р = а- - а+Р (2)

коэффициент а- определяет скорость поляризации пучка в начальный ¡омент времени, когда Р(0) = 0, иначе говоря с*_ з тр~1, а коэффи-иент а+ определяет скорость релаксации поляризации к равновесному остоянию.

За характерное время г = а+ 1 устанавливается равновесная степень поляризации:

Р 8 8 (|#s,zl3b(n-d))

69 5V3a+ 5v/3<|Xx,z|3[l_!(nv)2 + lid']) W

В обычном ускорителе, без спиновых ротаторов и в отсутствии каких-либо ошибок в оптической структуре, величина вектора d равна нулю и приведенные выше формулы (1,3) воспроизводят хорошо известный результат Соколова и Тернова.

В накопителях со сложной конфигурацией поля направление равновесной поляризации по отклоняется от аксиального и вектор d не равен нулю. В игру вступают эффекты связи неравновесного орбитального и спинового движений. Их роль в формулах (1,3) учитывается членами, содержащими функцию спин-орбитальной связи d.

Член в а+ пропорциональный d2 описывает деполяризующее действие хаотических скачков траектории, возникающих из-за квантовых флуктуаций СИ.

Член в а_, пропорциональный d, описывает дополнительный механизм радиационной самополяризации, вообще отсутствующий в постоянном по направлению магнитном поле. Эффект имеет классическую интерпретацию и обязан зависимости силы радиационного торможения от спина.

В накопительном кольце с Сибирской змейкой обычный эффект самополяризации полностью отсутствует, так как всюду вне змейки вектор по лежит в горизонтальной плоскости. Тем не менее равновесная степень поляризации, рассчитываемая по формуле (3), оказывается отличной от нуля. Это происходит благодаря присутствию кинетического механизма самополяризации. Отличная от нуля вертикальная компонента вектора d обеспечивает ненулевое значение коэффициента а_, а следовательно, и Рщ. Конечно, трудно ожидать большой величины равновесной степени поляризации Рщ при большом в среднем значении |d|, поскольку d в числитель формулы входит только линейно, в то время как в знаменатель d входит квадратично. В кольце AmPS с Сибирской змейкой равновесная степень поляризации скажем на энергии Е = 720 МэВ достигает 6% или 20% в зависимости от полярности включения квадрупольных линз. График зависимости Peq от энергии AmPS представлен на рис.5.

При инжекции уже поляризованного пучка нас будет в основном интересовать не асимптотическая величина степени поляризации Ред, а максимально возможное время удержания высокого уровня начальной поляризации. На рис.6 представлена зависимость времени деполяризации

Е (Эеу)

Рис. 5: Равновесная степень самополяризации пучка в зависимости от энергии. Сплошная кривая соответствует рабочей полярности включения змейки (Дмс = 0.5), пунктирная кривая соответствует обратной полярности включения змейки (Дг/г = 0.5).

Е (вот)

Рис. 6: Время деполяризации пучка в зависимости от энергии. Сплошная кривая соответствует рабочей полярности включения змейки (Аих = 0.5), пунктирная кривая соответствует обратной полярности включения змейки (Аиг = 0.5).

лучка в кольце АшРЗ от энергии для двух вариантов включения змейки. Как видно из этих графиков, время деполяризации даже на максимальной рабочей энергии 900 МэВ превышает 1000 сек в любом из этих двух вариантов.

Глава четыре посвящена описанию конструкции Сибирской змейки для АтРЭ. Схема размещения змейки в кольце АтРБ приведена на рис.7.

Рис. 7: Схема размещения змейки в кольце АтРв. Крайние линзы слева и справа принадлежат инжекционному промежутку АтРБ.

В начале главы обсуждаются основные требования к оптической системе змейки и приводятся найденные решения для их выполнения. Самым сложным элементом Сибиской змейки являются естественно два сверхпроводящих соленоида с полем 6.65 Т. Продольный разрез одного из соленоидов представлен на рис.8.

В следующем параграфе обсуждается влияние нелинейной краевой фокусировки сильнополевых соленоидов и квадрупольных линз на устой-

Рис. 8: Продольный разрез соленоида. 1 - сверхпроводящая обмотка, 2 - гелиевый объем, 15 - медный тепловой экран, 5 - наружный корпус криостата, 41 - внутренний гелиепровод, 22 - железное ярмо.

чивость движения частиц в кольце. В приложениях к диссертации вопросы динамики движения частиц в соленоидах и линзах освещаются более подробно. В приложениях I и II выводятся формулы симплектиче-ских преобразований поперечного фазового пространства при прохождении частицы через область краевого поля соленоида в модели с трапеци-идальным продольным распределением. Формулы получены впервые и включены в алгоритм тренинга разработанной в ИЯФ программы RING. Тот же метод производящих функций позволяет получить симплектиче-ские отображения при приближенном решении задачи о движении частицы в краевом поле квадрупольных линз или любых других мульти-польных элементов. Для скысь квадрупольных линз в том же порядке по орбитальным переменным такие формулы были получены ранее Е.Форэ и Дж.Милутиновичем с использованием преобразований Ли, но предложенный автором в Приложении III метод ставит решение краевой задачи на более регулярную и универсальную основу. Для кольца AmPS,

правда, полученные результаты не оказались весьма актуальными из-за малости обеих бета-функций во всех элементах змейки. Нелинейные сдвиги частот из-за всех краевых вкладов не превысили значения в 0.02.

Два последних параграфа главы посвящены описанию конструкции сверхпроводящих соленоидов и их криогенной системы, а также двух типов квадрупольных линз. Здесь хотелось бы отметить, что разработанная в ИЯФ безкаркасная, "мокрая" технология намотки секций соленоидов доказала свою эффективность, позволив собрать из пяти отдельных, предварительно оттренированных секций, достаточно длинный соленоид длиной 0.8 м (рис.9). В ходе погружных испытаний были выработаны оптимальные способы защиты секций от возникающих электрических перенапряжений при срывах сверхпроводимости. В соленоидах было уверенно получено проектное поле в 6.65 Т. В дальнейшем по той же технологии были изготовлены, испытаны и поставлены в лабораторию Bates МГГ(Бостон, США) еще два соленоида с максимальным полем 7.1 Т.

Рис. 9: Готовая обмотка, соленоида.

В пятой главе рассказывается о проведенных с участием автора экспериментах по получению продольно поляризованных электронных пучков в кольце АтРБ.

Вначале демонстрируются результаты исследования поляризационных характеристик фотокатодов. В лучших образцах фотокатодов степень поляризации достигает 80%. Типичный ток с фотокатода в регулярном режиме составляет 16 мА, что позволяет захватывать в кольцо 6 — 8 мА в течении трех оборотов. Запас по мощности лазера позволяет компенсировать сравнительно медленное падение квантовой эффективности фотокатода в течении трех недель непрерывного эксперимента, после чего катод заменяется на новый без потери ультравысокого вакуума. Смена образцов занимает сама по себе около 15 мин, но процедура активации нового катода в препарационной камере с помощью цезирования занимает конечно гораздо больший промежуток времени. На рис.10 приведен ток одного из образцов фотокатода как функция лазерной мощности.

80

60

• Pulse current

♦ Peak current

40

о

■a

20-

o £

-i—

• •

< •

50 100 150 200

Laser Power, [W],

250

♦

Рис. 10: Ток фотокатода (в пике и на плоской вершине) как функция лазерной мощности. Образец Аш-18.2Ь освещался световым пятном диаметром 6.7 мм.

В следующем параграфе дается краткий обзор созданного в ШКНЕГ лазерного поляриметра, использующего обратное комптоновское рассеяние световых квантов на релятивистском электроне. В отличие от многих существующих поляриметров, измеряющих как правило величину поперечной поляризации, используя при этом асимметрию рассеяния фотонов вверх-вниз, на установке АтРБ из асимметрии сечения рассеяния

по спиральности рассеиваемых фотонов извлекается степень продольной поляризации электронов. Используя непрерывный аргоновый лазер мощностью 10 Вт, что позволяло успевать измерить энергию каждого рассеянного гамма-кванта, поляриметр способен был измерять степень поляризации со статистической точностью порядка 10% примерно за 300 сек (рис.11).

»

45 40

С

•8 33

а ы

§ 30

"о

а.

С 25

е § 20

15

10

ро1агЬя(кш Шейте в( 720 МеУ

Гыиы!»! ***± и

Т [«]_3553 ±_372

_1_

250 500

750 1000 1250

Тте [вес]

иь

_ь

1500 1730 2000

Рис- 11: Зависимость поляризации от времени. Энергия электронов 720 МэВ.

Далее приводятся результаты исследования поведения поляризации в реальных условиях эксперимента. Основная часть данных была получена на максимальной для всех экспериментов энергии 720 МэВ в режиме полной змейки. Летом 1997 года был проведен двухмесячный заход на энергии 440 МэВ, соответствуюхцей целому спиновому резонансу, с использованием змейки в частичном режиме. Данный эксперимент прошел вполне успешно, чем доказал практическую ценность такой методики получения продольной поляризации(рис.12) .

л

N

0.6

о

Си

§

Ь

м %

М 0.4

0.2

0.0

— гг

-

- 1-1 > ... 1 I

4 6 (Зауэ

8 10

Рис. 12: Долговременная стабильность уровня поляризации. Энергия электронов 440 МэВ.

В 1998 году был также проведен эксперимент по обнаружению процесса самополяризации пучка под действием синхротронного излучения рис.13. В кольце с полной Сибирской змейкой спин везде поперечен к ведущему магнитному полю, поэтому механизм самополяризации Соколова-Тернова в данном случае не работает, и возникновение с течением времени ненулевой поляризации в изначально неполяризованном пучке целиком обязано кинетическому механизму. К сожалению из-за нехватки времени не удалось сделать несколько повторных подобных заходов, чтобы существенно улучшить статистическую точность измерений.

В последнем параграфе обсуждается возможность постановки экспериментов в режиме когерентной прецессии спинов вокруг вертикальной оси на вынужденной частоте, определяемой достаточно мощным радиочастотным соленоидом, называемом часто для краткости "флиппером". Показывается что время потери пучком поляризации в режиме с включенным флиппером на энергии 900 МэВ может достигать нескольких часов, что более чем достаточно для проведения практических экспериментов. Автором совместно с Ю.М.Шатуновым в 1987 году были получены выражения для оценок среднего по фазам колебаний разброса спиновых частот в обычном накопителе, которые показали, что им можно до некоторой степени управлять регулируя силу секступольных линз.

98/03/03 10.52

self polarisation at 720 MeV

60

40

20

-20

-40

-60

0

-

• 1/2 out Я У2\п О 9405 de ta

•

• | 1

- 1 1 > ] >

-

L L.I ,1 , , , , , , , , 1 1 1 1 1 _L I..I

100

200

250 ПтЩ°

Рис. 13: Процесс самополяризации пучка. Энергия электронов 720 МэВ.

В шестой главе обсуждаются перспективы применения Сибирских змеек для полунения продольной поляризации электронов в других наг копителях. Обсуждается, в частности, возможность использования поляризующего механизма за счет спин-орбитальной связи для получения более высокой степени поляризации в накопителях электронов на энергию в несколько ГэВ. Существенным моментом здесь является применение специального поляризующего вигглера, установленного на азимуте накопителя с правильным значением функции спин-орбитальной связи. Подобный совместный эксперимент возможно скоро будет поставлен в лаборатории Bates MIT.

В заключении приведены основные результаты работы.

1. Разработан проект комплекса с продольно-поляризованным электронным пучком для ядерных экспериментов и затем осуществлен на практике в рамках научного сотрудничества между ИЯФ и NIKHEF.

2. Создан высокоинтенсивный источник поляризованных электронов, обеспечивающий уровень поляризации до 80% и с током до 50 мА при длительности импульса 2.1 мксек.

3. Создана Сибирская змейка - спиновый ротатор, обеспечивающий получение и длительное сохранение продольной поляризации в экспериментальном промежутке накопителя. Развитая технология производства сверхпроводящих соленоидов с полем до 7 Т в дальнейшем найдет широкое применение.

4. Впервые в мире экспериментально получена продольная поляризация электронов в накопительном кольце с Сибирской змейкой.

5. Используя продольно-поляризованный электронный пучок в NIKHEF выполнен ряд уникальных физических экспериментов по изучению структуры ядер.

6. Экспериментально исследовано поведение поляризации в накопительном кольце AmPS в режимах полной и частичной Сибирских змеек. Результаты этого исследования докладывались на международных конференциях.

7. Впервые наблюден процесс самополяризации циркулирующего электронного пучка, обусловленный механизмом спин-орбитальной связи.

8. Предложена и теоретически обоснована схема проведения экспериментов с поляризованным пучком с использованием радиочастотного флиппера, позволяющего длительное время удерживать когерентное прецессирующее спиновое состояние при произвольной энергии накопителя.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. N.H.Papadakis, N.P.Vodinas, C.W.de Jager, ...I.A.Koop et al., The polarized electrons at NIKHEF, Proc. of the International Workshop on Polarized Beams and Polarized Gas Targets, Cologne, Germany, 323-327 (1996).

2. Yu.B.Bolkhovityanov, A.M.Gilinsky, C.W.de Jager,... LA.Koop et al., The polarized electron source at NIKHEF, Proc. of the 12-th International Symposium on High-Energy Spin Physics, Amsterdam, The Netherlands, September 10-14 (1996), p.730-732 (1997).

3. G.Luijckx, P.W.van Amersfoort, H.Boer Rookhuizen,... I.A.Koop et ah, Polarized electrons in the AmPS storage ring, Proc. of the 1997 Particle Accelerator Conference, Vancouver, Canada, p.1063-1065 (1997

4. B.L.Militsyn, P.W. van Amersfoort, F.B.Kroes,... LA.Koop et al, Proc. of the Vl-th European Particle Accelerator Conference, June 1998, Stockholm, Sweden, to be published, (1998).

5. B.L.Militsyn, P.W. van Amersfoort, Yu.B.Bolkhovityanov,... I.A.Koop et al, The pulsed polarized electron source for nuclear physics experiments at NIKHEF, Proc. of 13-th International Symposium on High-Energy Spin Physics, St.Peterburg - Protvino, Russia, September 1-14, (1998).

6. P.W.M.Ferro-Luzzi, F.Kroes, J.van der Laan,... LA.Koop et al, Longi-tudinaly polarized electrons at AmPS, Proc. of 13-th International Symposium on High-Energy Spin Physics, p.489-491, Protvino (1998).

7. I.Koop, P.Klimin, A.Lysenko,I.Nesterenko, B.Militsyn, E.Perevedentsev V.Ptitsyn, E.Pozdeev, Yu.Shatunov, P.W. van Amersfoort, H.Boer Rookhuizen, G.Luijcks, R.Maas, I.Passchier, Polarized Electrons at AmPS, Proc. of the XVII-th International Conference on High Energy Accelerators, Dubna, Russia, (1998).

8. I.A.Koop, Yu.M.Shatunov, Spin tune spread in the storage ring, Proc. of the first European Particle Accelerator Conference, Rome, June 1117, vl., pp.768-769, (1988).

9. B.L.Militsyn, P.W.van Amersfoort, I.A.Koop, V.Ya.Korchagin, G.Luijckx, N.H.Papadakis, G.V.Serdobintsev, Beam optical system of the polarized electron source of the Amsterdam pulse stretcher AmPS, NIM A427, 46-50, (1999).

10. LKoop, Yu.Shatunov, Spin flip by RF-field at storage rings with Siberian snakes, Proc. of 11th Int. Symp.on High-Energy Spin Physics, Blooming-ton, p.317-320 (1994).

Введение

1 Комплекс AmPS с продольно поляризованным электронным пучком

1.1 Ускорительный комплекс NIKHEF

1.2 Поляризованные электроны в AmPS

2 Источник поляризованных электронов PES

2.1 Фотокатод.

2.2 Фотопушка.

2.3 Импульсный источник ускоряющего напряжения.

2.4 Лазер и оптическая система.

2.5 Канал транспортировки пучка.

2.6 Движение спина в ускорителе.

2.7 Спиновый Z-манипулятор.

2.8 Мотт поляриметр

2.9 Доускоритель электронов до 400 кэВ.

3 Динамика движения спина в циклическом ускорителе

3.1 Движение спина на замкнутой орбите

3.2 Концепция Сибирской змейки.

3.3 Формулы для спинового возмущения в линейном приближении

3.4 Вычисление оси прецессии для частицы отклоненной от замкнутой орбиты

3.5 Радиационная поляризация электронов.

4 Сибирская змейка на AmPS

4.1 Структура змейки

4.2 Эффекты нелинейной соленоидальной фокусировки.

4.3 Сверхпроводящие соленоиды.

4.4 Квадрупольные линзы.

5 Исследование продольной поляризации электронов в AmPS

5.1 Исследование характеристик InGaAsP фотокатодов.

5.2 Измерение поляризации Комптоновским поляриметром.

5.3 Эксперименты с полной Сибирской змейкой.

5.4 Эксперименты с частичной Сибирской змейкой.

5.5 Наблюдение процесса кинетической самополяризации.

5.6 О возможности постановки экспериментов с флиппером.

6 Перспективы применения Сибирских змеек для получения продольной поляризации электронов в накопителях

В 1993 году было подписано соглашение о научном сотрудничестве между Институтом Ядерной Физики СО РАН им.Будкера (г.Новосибирск) и Национальным Институтом Ядерной Физики и Физики Высоких Энергий - ШКНЕГ (Нидерланды), ставящее целью создание на базе Амстердамского ускорительно-накопительного комплекса АтРЯ [1] установки с продольно поляризованным электронным пучком для последующего проведения на ней экспериментов по изучению электромагнитной структуры ядер в самой оптимальной постановке, когда и мишень и рассеивающийся на ней электронный пучок поляризованы.

Рис. 1: Позади 6000 км автопробега. Платформа с элементами спинового ротатора прибыла на место назначения в Амстердам.

Надо сказать, к этому моменту времени создались объективные предпосылки позволявшие надеяться на успешное решение этой непростой задачи. С одной стороны, в ИЯФ СО РАН был уже накоплен достаточно богатый опыт по получению, управлению и использованию в экспериментах по физике высоких энергий поляризованных электронов и позитронов, созданию таких сложных сверхпроводящих устройств, как вигглеры и спиральные ондуляторы. Кроме того, в 80-ые годы в ИЯФ активно разрабатывались проекты продольно поляризованных пучков на накопителях ВЭПП-4 и ВЭПП-ЗМ [46], но они остались к сожалению не реализованными на практике. С другой стороны, во многих научных центрах к этому времени был достигнут значительный прогресс в технологии создания высокоэффективных полупроводниковых фотокатодов, необходимых для генерации интенсивных поляризованных электронных пучков. Здесь хотелось бы упомянуть впечатляющие результаты Института физики полупроводников СО РАН (г.Новосибирск) по эпитаксиальному выращиванию напряженных InGaAsP фотокатодов, обещавших достижение уровня поляризации до 80 % и квантовым выходом до 1 % [23]. Сделанная на данный тип фотокатодов ставка в дальнейшем себя полностью оправдала. В итоге к середине лета 1995 года в ИЯФ были созданы, испытаны а затем и установлены на комплекс AmPS источник поляризованных электронов PES (Polarized Electron Source) и сверхпроводящий спиновый ротатор, известный более под термином "Сибирская змейка". Змейка организует сложную замкнутую спиновую траекторию, обеспечивая получение устойчивого продольного направления поляризации на противоположном себе участке азимута накопителя, в данном конкретном случае - в месте расположения внутренней мишени.

В данной работе рассматриваются основные физические проблемы решенные при создании комплекса с продольно поляризованным электронным пучком, а также приведены главные результаты проведенных экспериментов по исследованию устойчивости поляризации в накопительном кольце AmPS.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и трех приложений.

Заключение

Кратко сформулируем основные результаты исследований, представленные к защите:

• Разработан проект комплекса с продольно-поляризованным электронным пучком для ядерных экспериментов и затем осуществлен на практике в рамках научного сотрудничества между ИЯФ и ШКНЕЕ.

• Создан высокоинтенсивный источник поляризованных электронов, обеспечивающий уровень поляризации до 80% и с током до 50 мА при длительности импульса 2.1 мксек.

• Создана Сибирская змейка - спиновый ротатор, обеспечивающий получение и длительное сохранение продольной поляризации в экспериментальном промежутке накопителя. Развитая технология производства сверхпроводящих соленоидов с полем до 7 Т в дальнейшем найдет широкое применение.

• Впервые в мире экспериментально получена продольная поляризация электронов в накопительном кольце с Сибирской змейкой.

• Используя продольно-поляризованный электронный пучок в ШКНЕЕ выполнен ряд уникальных физических экспериментов по изучению структуры ядер.

• Экспериментально исследовано поведение поляризации в накопительном кольце АтРБ в режимах полной и частичной Сибирских змеек. Результаты этого исследования докладывались на международных конференциях.

• Впервые наблюден процесс самополяризации циркулирующего электронного пучка, обусловленный механизмом спин-орбитальной связи.

• Предложена и теоретически обоснована схема проведения экспериментов с поляризованным пучком с использованием радиочастотного флиппера, позволяющего длительное время удерживать когерентное прецессирующее спиновое состояние при произвольной энергии накопителя.

Основные положения диссертации опубликованы в работах [4-12,65].

Благодарности

Считаю приятным долгом выразить глубокую благодарность Ю.М.Шатунову и

A.Н.Скринскому за постоянную поддержку, плодотворные обсуждения и сотрудничество в ходе выполнения этой работы.

Хочу вспомнить добрым словом, безвременно ушедшего С.Г.Попова, одного из главных инициаторов тесного научного взаимодействия между ИЯФ и NIKHEF, приведшего в конечном итоге к созданию уникального комплекса с поляризованным электронным пучком. Со стороны NIKHEF большую роль в успехе совместной работы сыграли C.W.de Jager, G.Luijckx, P.W. van Amersfoort, J.F.J.van den Brand.

Я хочу также выразить глубокую благодарность А.М.Кондратенко, познакомившему меня в свое время с основными результатами выполненных им совместно с Я.С.Дербеневым и А.Н.Скринским теоретических исследований по динамике и кинетике поляризации в ускорителях.

Определяющая роль в создании и весьма успешной эксплуатации в течении пяти лет источника поляризованных электронов принадлежит Б.Л.Милицыну. Я благодарен ему также и за большую помощь в подготовке материала этой работы.

Особую благодарность хочу выразить П.А.Климину, чей технический гений не раз сыграл решающую роль в ходе работ по созданию и совершенствованию сверхпроводящих систем спинового ротатора. Большую роль в создании всех систем комплекса сыграли также сотрудники конструкторского отдела ИЯФ: А.В.Евстигнеев, Л.М.Щеголев, В.Я.Корчагин.

Я благодарен также всем членам дружной команды комплекса AmPS: это H.Boer Rookhuizen, R.Maas, L.H.Kuijer, F.B.Kroes, J.van der Laan, J.G.Noomen, T.G.B.W.Sluijk и группе физиков, проводивших основные эксперименты с поляризованным пучком: это H.de Vries, I.Passchier, H.R.Poolman, D.W.Higinbotham, B.E.Norum, P.W.M.Ferro-Luzzi, N.P.Vodinas, Д.М.Николенко.

Отдельных слов благодарности заслуживают основные участники работы по созданию источника поляризованных электронов: Г.В.Сердобинцев, Ю.Ф.Токарев,

B.Н.Осипов, С.Г.Константинов, Е.С.Константинов, А.Мамуткин, В.Р.Козак, А.А.Никифоров.

Большую роль в создании сверхпроводящих соленоидов сыграли И.Н.Нестеренко,

122

П.В.Воробьев, А.П.Лысенко, В.С.Селезнев, М.А.Тимошенков, В.В.Голынский и В.Б.Хлестов. Я благодарен также Э.Г.Поздееву, взявшему на себя основной труд по расчету основных элементов магнитной системы змейки и альфа-магнита.

Определяющая роль в создании уникальных по своим характеристикам фотокатодов принадлежит сотрудникам Института физики полупроводников СО РАН, это прежде всего заведующий лабораторией А.С.Терехов, а также С.В.Шевелев и А.М.Гилинский. Активное участие в исследовании источника принимали M.J.J.van den Putte и N.H.Papadakis.

Я благодарен Е.А.Переведенцеву, В.И.Птицыну и В.В.Данилову, внесшим значительный вклад в рассмотрение многих теоретических проблем управления поляризацией.

Хочу поблагодарить также всех остальных сотрудников лабораторий Института Ядерной Физики участвовавших в создании и испытании установок комплекса.

1. G.Luijcks et al., "The AmPS Ring: Actual Performance and Future Plans", Proc. of the 1995 Particle Accelerator Conference and 1.ternational Conference on High-Energy Accelerators, 330 (1995).

2. J.Haimson, IEEE Trans.on Nuclear Science, NS-22, 3 (1975).

3. Y.Wu, "The optical design of AmPS", Proefschrift (Ph.D. Thesis), Technische Universiteit Eindhoven, Eindhoven, Amsterdam, (1991).

4. B.L.Militsyn, P.W. van Amersfoort, F.B.Kroes, G.Luijckx, M.J.J.van den Putte, S.G.Konstantinov, I.A.Koop, V.Ya. Korchagin, S.G.Popov, G.V.Serdobintsev, Yu.M.Shatunov, Yu.F.Tokarev, A.M.Gilinsky, S.V.Shevelev, A.S. Terekhov, C.W.de

5. Jager, Proc. of the VI-th European Particle Accelerator Conference, June 1998, Stockholm, Sweden, to be published, (1998).

6. I.A.Koop, Yu.M.Shatunov, "Spin tune spread in the storage ring", Proc. of the first European Particle Accelerator Conference, Rome, June 11-17, vl., pp.768-769, (1988).

7. B.L.Militsyn, P.W.van Amersfoort, I.A.Koop, V.Ya.Korchagin, G.Luijckx, N.H.Papadakis, G.V.Serdobintsev, "Beam optical system of the polarizedelectron source of the Amsterdam pulse stretcher AmPS", NIM A427, 46-50, (1999).

8. I.Passchier et al., Nucl. Instr. and Meth. A,406, p.444, (1998).

9. E.L.Garvin, D.T.Pierce, H.C.Siegmann, Helv. Phys. Acta 47, 393 (1974).

10. G.Lam pel, C.Weisbuch, Solid State Comm. 16, 877 (1975).

11. C.K.Sinclair, AIP Conf. Proc. 35, 426 (1976).

12. J.Kessler, "Polarized electrons", 2-nd ed., Springer-Verlag, Berlin, (1985).

13. T.Nakanishi, H.Aoyagi, H.Horinaka, Y.Kamiya, T.Kato, S.Nakamura, T.Saka, M.Tsubata, "Large enhancement of spin polarization observed by photoelectrons from a strained GaAs layer", Physics Letters A 158, p.345-349 (1991).

14. V.L.Alperovich, Yu.B.Bolkhovityanov, A.G.Paulish, A.S.Terekhov, "New material for photoemission electron source: semiconductor alloy InGaAsP grown on GaAs substrate", Nucl. Instr. and Meth. A 340, 429 (1994).

15. Yu.B.Bolkhovityanov, V.L.Alperovich, A.S.Jaroshevich, N.V.Nomerotsky, A.G.Paulish, A.S.Terekhov, E.M.Trukhanov, Journal of Crystal Growth 146, 310 (1995).

16. R.Alley, H.Aoyagi, J.Clendenin et al., "The Stanford linear accelerator polarized electron source", Nucl.Instrum. and Meth. A 365, p.1-27 (1995).

17. A.S.Jaroshevich, M.A.Kirillov, D.A.Orlov, A.G.Paulish, H.E.Scheibler and A.S.Terekhov, "Photocurrent saturation at GaAS(Cs,0)", Proc. of 7-th International

18. Workshop on Polarized Gas Target and Polarized Beams, ISBN 1-56396-700-6, p.485 (1998).27j Б.И.Резников и А.В.Субашиев, Физика и техника полупроводников 32(9), 1125 (1998).

19. B.M.Fomel, M.A.Tiunov, V.P.Yakovlev, "SAM an interactive code for evaluation of electron guns", Preprint BINP 96-11, BINP, Novosibirsk, (1996).

20. H.Grote, F.C.Iselin, CERN/SL/90-13(AP).

21. А.П.Лысенко, "Программа RING расчета параметров ускорителя со связью колебаний", руководство для пользователей , ИЯФ им. Будкера, Новосибирск.

22. R.V.Servranckx, K.L.Brown, L.Schachinger, D.Douglas, "Users guide to the program DIMAD", SLAC report 285 UC-28(A), May 1985.

23. I.Koop, E.Pozdeev, Yu.Shatunov, "The Siberian Snake at AmPS, report on the Siberian Snake commissioning in December 1995", internal report NIKHEF, Amsterdam.

24. L.H.Thomas, "The motion of the spinning electron", Nature, 117, 514 (1926).

25. V.Bargmann, L.Michel, V.L.Telegdi, "Precession of the polarization of particles moving in a homogeneous electromagnetic field", Phys.Rev.Lett.2, 435-436, (1959).

26. А.А.Соколов, И.М.Тернов, "О поляризационных и спиновых эффектах в теории синхротронного излучения", ДАН СССР 153, 1052 (1963).

27. А.А.Соколов, И.М.Тернов, "Синхротронное излучение", Наука, (1968).

28. В.Н.Байер, В.М.Катков, "О радиационной поляризации электронов в магнитном поле", ЯФ, т.З, 81-88 (1966).

29. В.Н.Байер, В.М.Катков, "Радиационная поляризация электронов в магнитном поле", ЖЭТФ, т.52, 1422-1426 (1967).

30. В.Н.Байер, В.М.Катков, В.М.Страховенко, "Кинетика радиационной поляризации", ЖЭТФ 58, 1695-1702, (1970).

31. В.Н.Байер, В.М.Катков, В.С.Фадин, "Излучение релятивистских электронов", Атомиздат, Москва, (1973).

32. С.И.Середняков, А.Н.Скринский, Г.М.Тумайкин, Ю.М.Шатунов, ЖЭТФ 71, 2025 (1976).

33. L.Arnaudon, L.Knudsen, J.P.Koutchouk et al., "Measurement of LEP beam energy by resonant spin depolarization", Phys. Lett. В 284, p.431-439 (1992).

34. Я.С.Дербенев, А.М.Кондратенко, А.Н.Скринский, "О движении спина частиц в накопителе с произвольным полем", ДАН СССР 192, 1255-1258 (1970).

35. Я.С.Дербенев, А.М.Кондратенко, А.Н.Скринский, "Динамика поляризации частиц вблизи спиновых резонансов", ЖЭТФ 60, 1216-1227, (1971).

36. M.Froissart, R.Stora, "Depolarization d'un faisceau de protons polarises dans un synchrotron"Nucl. Instr. and Meth. 7, 297-305, (1960).

37. Я.С.Дербенев, А.М.Кондратенко, "Диффузия спинов частиц в накопителях", ЖЭТФ 62, 430-443, (1972).

38. Я.С.Дербенев, А.М.Кондратенко, "Кинетика поляризации частиц в накопителях", ЖЭТФ 64, 1918-1929, (1973).

39. Я.С.Дербенев, А.М.Кондратенко, "Релаксация и равновесное состояние поляризации электронов в накопителях", ДАН СССР 217, 311-314, (1974).

40. А.М.Кондратенко, "Поляризованные пучки в накопителях и циклических ускорителях", докторская диссертация, ИЯФ, Новосибирск, (1982).

41. В.Н.Литвиненко, Е.А.Переведенцев, "Расчет параметров пучка в накопителях со связью колебаний", Труды VI-го Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, 285-288, Дубна (1983).

42. A.E.Bondar, A.N.Skrinsky, "On the method of the polarization measurement by the spectral density о synchrotron radiation", Preprint 82-14, BINP, Novosibirsk, (1982).

43. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц, "Теория поля", из.-во "Наука", Москва (1973).

44. N.F.Mott, Proceeding of the Royal Society A 124, 440 (1929).

45. N.F.Mott, Proceeding of the Royal Society A 135, 429 (1932).

46. A.W.Ross and M.Fink, Phys. Rev. A 38, 6055 (1988).

47. B.M.Dunham, Ph.D. Thesis, University of Illinois, Champaign-Urbana, II, (1993).

48. G.Mulhollan, частное сообщение.

49. В.И.Птицын, "Поляризованные пучки в ускорителях и накопителях с Сибирскими змейками", Кандидатская диссертация, ИЯФ, Новосибирск (1997).

50. B.L.Militsyn, "A pulsed polarized Electron Source for Nuclear Physics Experiments", Proefschrift (Ph.D. Thesis), Universiteit Eindhoven, Eindhoven, (1998).

51. Б.Б.Войцеховский, И.А.Кооп, Б.А.Лазаренко, Д.М.Николенко, В.М.Петров, С.Г.Попов, А.Н.Скринский, А.П.Усов, Ю.М.Шатунов, "Накопитель электронов для экспериментов на внутренней ядерной мишени (НЭЛЯ)", Препринт ИЯФ 85-41 (1985).

52. I.Koop, Yu.Shatunov, "Spin flip by RF-field at storage rings with Siberian snakes", Proc. of 11th Int. Symp.on High-Energy Spin Physics, Bloomington, p.317-320 (1994).

53. Я.С.Дербенев, А.М.Кондратенко, А.Н.Скрннский, Ю.М.Шатунов, "Сохранение поляризации пучков в накопителях при пересечении спиновых резонансов", Труды 10-ой Международной конф. по ускорителям частиц высокой энергии, Протвино, стр.76-80 (1977).

54. T.Roser, AIP Conf. Proc. 187, 1442 (1989).

55. Ya.S.Derbenev, A.M.Kondratenko, S.I.Serednyakov, A.N.Skrinsky, G.M.Tumaikin, Yu.M.Shatunov, "Radiative polarization: Obtaining, Control, Using", Part.Accel. 8, 115 (1978).

56. J.Bailey et al, Nucl. Phys. В 150, 1 (1979).

57. Yu.I.Eidelman, V.Ye.Yakimenko, "The application of Lie Method to the spin motion in nonlinear collider fields", Part. Accel., v.45, p.17-36 (1994).

58. D.P.Barber, K.Heinemann, G.Ripken, DESY Report 93-31, (1993).

59. S.R.Mane, Phys. Rev. A 36, 105 (1987).

60. D.P.Barber, M.Boge, H.Botcher et al., "High spin polarization at the HERA electron storage ring", Nucl. Inst, and Meth. A 338, p.166-184 (1994).

61. R.Assmann et al., Proc. of 11th Int. Symp.on High-Energy Spin Physics, Bloomington, 219 (1994)

62. A.W.Chao, Nucl. Inst. Meth. A 29, 180 (1981).

63. Я.С.Дербенев, А.М.Кондратенко, А.Н.Скринский, препринт ИЯФ СО АН СССР 77-60, (1977).

64. E.A.Perevedentsev, V.I.Ptitsin and Yu.M.Shatunov, Proc. of 5th Int. Workshop on High Energy Spin Physics, Protvino, 281 (1994).

65. J.Buon, K.Steffen, "HERA variable-energy "mini"spin rotator and head-on ep collision scheme with choice of electron helicity", Nucl. Inst. Meth. A 245, p.248-261 (1986).

66. А.А.Жоленц, В.Н.Литвиненко, "О компенсации влияния поля соленоида квадру-польными линзами", препринт ИЯФ СО АН СССР 81-80, (1981).

67. B.W.Montague, "Polarized beams in high energy storage rings", Phys. Rep. 113, No.l (1984).

68. V.V.Danilov, E.A.Perevedentsev, V.I.Ptitsin, Yu.M.Shatunov, C.W.de Jager, "Longitudinal polarization at the AmPS ring", Proc. of 10th Int. Symp. on High Energy Spin Physics, Nagoya, pp.445-448 (1992).

69. V.V.Danilov, P.M.Ivanov, I.A.Koop, I.N.Nesterenko, E.A.Perevedentsev, "Dynamic aperture limitation in storage rings due to solenoids", Proc. of the 2nd European Particle Accelerator Conference, v.2, pp.1426-1428, Nice, June 12-16 (1990).

70. В.В.Вечеславов, "Метод канонического интегрирования любого порядка", Препринт 89-35, ИЯФ, Новосибирск, (1989).

71. G.E.Lee-Whiting, "End effects in first-order theory of quadrupole lenses", Nucl.Instr. and Meth. 76, pp.305-316, (1969).

72. G.E.Lee-Whiting, "Third-order aberrations of a magnetic quadrupole lens", Nucl.Instr. and Meth. 83, p.232-244, (1970).

73. G.E.Lee-Whiting, "First- and second-order motion through the fringing field of a bending magnet", Nucl.Instr. and Meth. A294, pp.31-71, (1990).

74. E.Forest, J.Milutinovich, "Leading order hard edge fringe fields effects exact in (1 + 5) and consistent with Maxwell's equations for rectilinear magnets", Nucl.Instr. and Meth. A269, pp.474-482, (1988).

75. M.Bassetti and C.Biscari, "Analytical formulae for magnetic multipoles", Particle Accelerators, v.52, pp.221-250, (1996).

76. S.Kovalsky, T.Zwart, P.Ivanov and Yu.M.Shatunov, "Spin Control System for the SHR at Bates Linear Accelerator Center", Proc. of the 11-th International symposium on High Energy Spin Physics, Blumington, p.294-297 (1994).

77. M.Korostelev and Yu.M.Shatunov, "Radiative polarization in the Bates South Hall ring", to be published.

78. I.Koop, R.Maas, I.Passchier, "Polarized electrons in AmPS", Fifth Int. Conf. on Charged Particle Optics (CPO-5), 14-17 April 1998, Delft, the Netherlands, (1998).

79. А.А.Креснин, Л.Н.Розенцвейг, "Поляризационные эффекты при рассеянии электронов и позитронов на электронах", ЖЭТФ, т.32, стр.353-358 (1957); а также: Soviet JETP,5, p.228, (1957).

80. F.W.Lipps and H.A.Toelhoek, "Polarization phenomena of electrons and photons", Physica 20,85, 395, (1954).

81. H.A.Toelhoek, "Electron polarization, Theory and Experiment", Rev.Mod.Phys.,28, 277, (1956).

82. H. J.Bulten, R.AIarcon, T.Bauer et al., "Quasi-elastic electron scattering from polarized 3#e", In Proc. of the 7-th Int. Workshop on polarized Gas Targets and polarized Beams, Urbana, IL, 18-22 Aug 1997, p.26-35 (1997).

83. I.Passchier, D.W.Higinbotham, C.W.de Jager, B.E.Norum, N.H.Papadakis, N.P.Vodinas, "A Compton backscattering polarimcter measuring longitudinal electron polarization", Nucl.Instr. and Meth. A , 414, p.446-458 (1998).

84. I.Passchier, D.W.Higinbotham, N.P.Vodinas et al., Int. Workshop on Polarized Beams and Polarized Gas Targets, AIP Conference proceedings 421, Urbana II., U.S.A., p.316-320 (1997).

85. A.A.Zholentz, L.M.Kurdadze, M.Yu.Lelchuk et al., "High pecision measurement of the ф- and ip'-meson masses", Phys.Lett. V.96B, p.214-216 (1980).

86. A.S.Artamonov, S.E.Baru,A.E.Blinov et al., "A high pecision measurement of the Y-meson mass", Phys.Lett. V.118B, p.225-229 (1982).

87. A.S.Artamonov, S.E.Baru,A.E.Blinov et al., "A high pecision measurement of the T, T' and T"-meson masses", Phys.Lett. V.137B, p.272-276 (1984).

88. K.Steffen, DESY Report, DESY 83-124 (1983).

89. A.Lysenko, I.Koop, A.Polunin, E.Pozdeev, V.Ptitsin,Yu.Shatunov, "Beam energy measurement and stabilization at the storage ring VEPP-2M", Nucl.Instr. and Meth. v.A359, p.419-421 (1995).

90. M.Froissart, R.Stora, "Depolarization d'un faisceau de protons polarises dans un synchrotron", Nucl.Instr. and Meth.7, p.297-305 (1960).

91. Ya.S.Derbenev, V.A.Anferov, "Novel approach for spin-flipping a stored polarized beam", e-print Archive: physics/0003104 (2000).

92. E.A.Perevedentsev, V.I.Ptitsin, Yu.M.Shatunov, "Spin behavior in helical unduIator"Proc. of 15th Intern. Conf. on High Energy Accelerators, Hamburg, p.170-172 (1992).

93. I.Passchier, L.D.van Buuren, D.Szczerba et al., "The charge form-factor of the neutron from reaction polarized 2#(e-polarized, e', n)p", Phys. Rev. Lett. 82, p.4988-4991, (1999). Also: e-Print Archive: nucl-ex/9907012.

94. А.А.Коломенский, А.Н.Лебедев, "Теория циклических ускорителей", ФМ (1962).